福建省长泰一中高三物理 第十章 第2讲 变压器 远距离输电复习课件 新人教版选修32.ppt

第2讲变压器远距离输电 考点1理想变压器 1 构造 如图所示 理想变压器由 和闭合铁芯组成2 原理 电流磁效应 电磁感应 现象 3 基本关系 1 电压关系 2 功率关系 p入 3 电流关系 只有一个副线圈时 有多个副线圈时 u1i1 原线圈 副线圈 互感 p出 u2i2 u3i3 unin 4 几种常用的变压器 1 自耦变压器 也叫 变压器 2 互感器 电压互感器 用来把高电压变成 电流互感器 用来把大电流变成 调压 低电压 小电流 1 关于理想变压器的四点说明 1 变压器不能改变直流电压 2 变压器只能改变交变电流的电压和电流 不能改变交变电流的频率 3 理想变压器本身不消耗能量 4 理想变压器基本关系中的u1 u2 i1 i2均为有效值 2 理想变压器的三个制约关系 1 输入电压u1决定输出电压u2 2 输出电流i2决定输入电流i1 3 输出功率p2决定输入功率p1 2013 三亚模拟 如图所示 理想变压器初级线圈的匝数为n1 次级线圈的匝数为n2 初级线圈的两端a b接正弦交流电源 电压表v的示数为220v 负载电阻r 44 电流表a1的示数为0 20a 下列判断中正确的是 a 初级线圈和次级线圈的匝数比为2 1b 初级线圈和次级线圈的匝数比为5 1c 电流表a2的示数为0 1ad 电流表a2的示数为0 4a 解析 选b 由题意可求得初级线圈的功率 利用理想变压器初 次级线圈中的功率相等可求得次级线圈中的电流 再利用初 次级线圈中的电流之比可求得两线圈的匝数比 由电压表v的示数和电流表a1的示数可得初级线圈中的功率p1 u1i1 p1 p2 i22r 所以电流表a2的示数为 1 0a c d错误 初级线圈和次级线圈的匝数比a错误 b正确 考点2远距离输电 1 输电过程 如图所示 2 电压损失 1 u u u 2 u 3 功率损失 1 p p p 2 p 4 输送电流 1 i 2 i ir i2r 1 降低输电损耗的两个途径 1 减小输电线的电阻 由电阻定律r 可知 在输电距离一定的情况下 为减小电阻 应采用电阻率小的材料 也可以增加导线的横截面积 2 减小输电导线中的输电电流 由p ui可知 当输送功率一定时 提高输电电压 可以减小输电电流 2 远距离输电问题的四个关键 1 画出一个模型 远距离输电模型图 2 抓住输电的两端 电源和用电器 3 分析两条导线 输电导线 4 研究两次电压变换 升压和降压 2012 宁德模拟 在如图所示的远距离输电电路图中 升压变压器和降压变压器均为理想变压器 发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变 随着发电厂输出功率的增大 下列说法中正确的有 a 升压变压器的输出电压增大b 降压变压器的输出电压增大c 输电线上损耗的功率增大d 输电线上损耗的功率占总功率的比例减小 解析 选c 由题意可知升压变压器的输入电压不变 则输出电压不变 a错误 在电能输出过程中有 i2 u线 i2r线 u3 u2 u线 因p变大 i2变大 所以u线变大 所以降压变压器初级电压u3变小 则降压变压器的输出电压变小 b错误 根据p线 2r线 因p变大 所以p线变大 c正确 根据 因p变大 所以比值变大 d错误 热点考向1理想变压器基本规律的应用 例证1 2011 江苏高考 15分 图甲为一理想变压器 ab为原线圈 ce为副线圈 d为副线圈引出的一个接头 原线圈输入正弦式交变电压的u t图象如图乙所示 若只在ce间接一只rce 400 的电阻 或只在de间接一只rde 225 的电阻 两种情况下电阻消耗的功率均为80w 1 请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式 2 求只在ce间接400 电阻时 原线圈中的电流i1 3 求ce和de间线圈的匝数比 解题指南 解答本题时应注意以下三点 1 根据图象得出瞬时值表达式 电压最大值和有效值 2 利用理想变压器的p u i的关系计算原线圈中的电流 3 根据电压关系求线圈的匝数比 规范解答 1 由原线圈中交变电流的u t图象可知 200 rad s 电压瞬时值uab 400sin200 t v 3分 2 电压有效值u1 2分 理想变压器p1 p2 2分 原线圈中的电流i1 0 28a 2分 3 设ab间匝数为n1 根据变压器规律有 4分 由题意有 联立可得 2分 答案 1 uab 400sin200 t v 2 0 28a 3 总结提升 理想变压器问题的规范求解1 一般解题思路 1 分析题干条件找出不变量和变量 2 利用原 副线圈之间的功率关系确定原 副线圈中的电流 3 根据电磁感应原理 分析电压 电流与原 副线圈匝数比之间的关系 2 应注意的问题 1 对于电源 原线圈相当于用电器 对于用电器 副线圈相当于电源 2 解决变压器问题的三种切入法 电压切入法 变压器原 副线圈的电压之比为 当变压器有多个副线圈时 功率切入法 理想变压器的输入 输出功率为p入 p出 当变压器有多个副线圈时 p1 p2 p3 电流切入法 由知 对只有一个副线圈的变压器有当变压器有多个副线圈时有n1i1 n2i2 n3i3 变式训练 2012 新课标全国卷 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈 原 副线圈都只取该线圈的某部分 一升压式自耦调压变压器的电路如图所示 其副线圈匝数可调 已知变压器线圈总匝数为1900匝 原线圈为1100匝 接在有效值为220v的交流电源上 当变压器输出电压调至最大时 负载r上的功率为2 0kw 设此时原线圈中电流有效值为i1 负载两端电压的有效值为u2 且变压器是理想的 则u2和i1分别约为 a 380v和5 3ab 380v和9 1ac 240v和5 3ad 240v和9 1a 解析 选b 由理想变压器原 副线圈中电压 电流及功率关系可得 u1i1 p2 所以 当变压器输出电压调至最大时 副线圈的匝数也最大为n2 1900匝 负载r上的功率也最大 为2 0kw 则故选项b正确 变式备选 2012 青岛模拟 如图所示为一理想变压器 原 副线圈的匝数之比为1 n 副线圈接一定值电阻r 则 a 若ab之间接直流电压u 则r中的电流为b 若ab之间接直流电压u 则原 副线圈中的电流均为零c 若ab之间接交流电压u 则原线圈中的电流为d 若ab之间接交流电压u 则副线圈中的电流为 解析 选c 若ab之间接直流电压u 则副线圈两端的电压为零 则r中的电流为零 但原线圈中的电流不为零 选项a b均错 若ab之间接交流电压u 则副线圈两端的电压为u2 nu 副线圈中的电流为i2 则原线圈中的电流为i1 ni2 选项c正确而d错误 热点考向2变压器的动态分析 例证2 2012 福建高考 如图 理想变压器原线圈输入电压u umsin t 副线圈电路中r0为定值电阻 r是滑动变阻器 和是理想交流电压表 示数分别用u1和u2表示 和是理想交流电流表 示数分别用i1和i2表示 下列说法正确的是 a i1和i2表示电流的瞬时值b u1和u2表示电压的最大值c 滑片p向下滑动过程中 u2不变 i1变大d 滑片p向下滑动过程中 u2变小 i1变小 解题指南 解答本题时可按以下思路分析 变压比欧姆定律 u1 u2 i2 p2 p1 i1 自主解答 选c 交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值 a b错 由于输入端电压u1和理想变压器匝数比不变 所以u2不变 滑片p向下滑动过程中 电阻变小 电流i2变大 输出功率变大 则输入功率变大 电流i1变大 c对 d错 故选c 变式训练 2011 福建高考 图甲中理想变压器原 副线圈的匝数之比n1 n2 5 1 电阻r 20 l1 l2为规格相同的两只小灯泡 s1为单刀双掷开关 原线圈接正弦交变电源 输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示 现将s1接1 s2闭合 此时l2正常发光 下列说法正确的是 a 输入电压u的表达式u 20sin 50 t vb 只断开s2后 l1 l2均正常发光c 只断开s2后 原线圈的输入功率增大d 若s1换接到2后 r消耗的电功率为0 8w 解析 选d 由图乙知周期为0 02s 因此输入电压的表达式u 20sin 100 t v a错 只断开s2 l1 l2两端的电压小于额定电压 都不能正常发光 b错 只断开s2 负载电阻变大 功率变小 c错 s1换接到2后 据和得r消耗的功率为0 8w 故选d 热点考向3 模型法 处理远距离输电问题 例证3 一台发电机最大输出功率为4000kw 电压为4000v 经变压器t1升压后向远方输电 输电线路总电阻为r 1k 到目的地经变压器t2降压 负载为多个正常发光的灯泡 220v 60w 若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10 变压器t1和t2的耗损可忽略 发电机处于满负荷工作状态 则下列说法不正确的是 a t1原 副线圈电流分别为103a和20ab t2原 副线圈电压分别为1 8 105v和220vc t1和t2的变压比分别为1 50和40 1d 有6 104盏灯泡 220v 60w 正常发光 解题指南 解答本题应从以下三点重点把握 1 画出远距离输电的模型图 并在图上标出各个参量 2 根据p ui计算输电电流 3 根据升压变压器和降压变压器原 副线圈的电压 电流和功率关系列式求解 自主解答 选c 远距离输电的模型如图所示 t1原线圈的电流为i1 1 103a 输电线上损失的功率为p损 i22r 10 p1 所以 20a 选项a正确 t1的匝数比为t1上副线圈的电压为u2 50u1 2 105v t2原线圈的电压为u3 u2 i2r 2 105v 20 103v 1 8 105v 选项b正确 t2上原 副线圈的变压比为选项c错误 能正常发光的灯泡的盏数为 选项d正确 故选c 总结提升 应用 模型法 解题时应注意的问题模型法是分析 解决物理问题的常见方法 该方法是舍去表面的 次要的条件 抓住主要的本质因素 得出一种能反映原事件本质特性的理想模型 理想过程 理想状态等 能使一些复杂的问题简单化 形象化 具体化 在使用模型法处理问题时 需注意以下三点 1 要熟练掌握各种常见的物理模型 2 能判断出所遇到的问题属于哪种物理模型 3 能把物理模型和实际问题正确地结合起来 变式训练 2012 天津高考 通过一理想变压器 经同一线路输送相同的电功率p 原线圈的电压u保持不变 输电线路的总电阻为r 当副线圈与原线圈的匝数比为k时 线路损耗的电功率为p1 若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk 线路损耗的电功率为p2 则p1和分别为 解析 选d 原线圈的电流为由于p u不变 故i1不变 由得由得p2 i 22r 则故选项d正确 例证 如图所示 接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光 那么 理想变压器的匝数比n1 n2 n3为多少 规范解答 灯泡正常发光 可得ua ub uc ud 所以u2 2u3 由变压器的电压比公式所以n2 2n3 同理 灯泡正常发光 功率相等 即pa pb pc pd 由p i2r 得ia ib ic id 即i1 i2 i3 由u1i1 u2i2 u3i3得n1i1 n2i2 n3i3 即n1 n2 n3 2n3 n3 3n3 所以n1 n2 n3 3 2 1 答案 3 2 1 1 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为11 2 原线圈两端的输入电压u 220sin100 t v 电表均为理想电表 滑动变阻器r接入电路部分的阻值为10 下列叙述中正确的是 a 该交流电的频率为100 hzb 电压表的读数为40vc 电流表的读数为4ad 若滑动变阻器的滑片p向a端移动 电流表的读数变大 解析 选c 根据原线圈两端输入电压的表达式可知 交流电的频率hz a错误 变压器原线圈电压的有效值为u1 220v 利用变压器的变压比u1 u2 n1 n2 可求得u2 40v 电压表的读数为40v b错误 电流表的读数为i 4a c正确 若滑动变阻器的滑片p向a端移动 接入电路的电阻增大 而u2不变 电流表示数变小 d错误 2 2013 泉州模拟 如图所示 理想变压器原副线圈匝数之比为4 1 原线圈接入一电压为u u0sin t的交流电源 副线圈接一个r 27 5 的负载电阻 若 100 rad s 则下述结论正确的是 a 副线圈中电压表的读数为b 副线圈中输出交流电的周期为c 原线圈中电流表的读数为0 5ad 原线圈中的输入功率为 解析 选c 原线圈中的输入电压的有效值为由变压器的变压原理可知 副线圈输出电压的有效值为u 55v a错误 副线圈中的电流原线圈中的电流c正确 原线圈中的输入功率p ui 220 0 5w 110w d错误 交流电的周期b错误 3 2012 宁德模拟 如图所示 有一理想变压器 原 副线圈的匝数比为n 原线圈接正弦交流电压u 输出端接有一个交流电流表和一个电动机 电动机线圈电阻为r 当输入端接通电源后 电流表读数为i 电动机带动一重物匀速上升 下列判断正确的是 a 电动机两端电压为irb 电动机消耗的功率为i2rc 原线圈中的电流为nid 变压器的输入功率为 解析 选d 因为电动机是非纯电阻电路 u ir p i2r a b错误 电动机两端电压为故电动机消